《4.2实验：探究加速度与力、质量的关系》课件与同步练习、导学案

实验：探究加速度与力、质量的关系第四章运动和力的关系新知导入知识回顾1、牛顿第一定律的内容是什么？一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。2、惯性与质量的关系是什么？质量是惯性大小的唯一量度，质量越大惯性越大。由前面的学习可见，力是改变物体运动状态的原因，质量大的物体运动状态不容易改变。这说明，加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。下面我们我们通过实验分别从两方面来探究加速度与力、质量之间的定量关系：①加速度与力的关系；②加速度与质量的关系新知导入新知讲解1、实验目的：定量分析a、F、m的关系。2、实验方法：控制变量法例如：在研究某个物理量y与另外两变量x1

、x2

的关系时，先固定一个变量x2不变，研究y与另一个变量x1之间的定量关系；然后再固定变量x1不变，研究y与x2之间的关系。一、实验：探究加速度与力、质量的关系新知讲解3、实验思路将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连。小车可以在槽码的牵引下运动。新知讲解（1）加速度与力的关系保持物体的质量不变，测量不同力下的加速度，分析加速度与力的关系。（2）加速度与质量的关系保持物体受力不变，测量不同质量下的加速度，分析加速度与质量的关系。新知讲解4、物理量的测量本实验需要测量的物理量有三个：物体的质量m、物体所受的作用力F和物体运动的加速度a。（1）质量的测量质量可以用天平测量。为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码的数量。 新知讲解（2）加速度的测量②方法2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度。

新知讲解（2）力的测量现实中，仅受一个力作用的物体几乎不存在，所以实验中作用力F的含义可以是物体所受的合力。那么，如何测小车所受合外力F合？

我们通过下面具体实验来说明。新知讲解实验设计1：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系1、实验器材：小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平。电源插头新知讲解2、实验步骤（1）用天平测出小车的质量；（2）按图装好实验器材，平衡摩擦力。（3）控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连，打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。（4）保持小车上的砝码个数不变,改变钩码质量，并测量得F（钩码质量远小于小车质量），多测几组数据。新知讲解注意：只有在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。（5）控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据填入表中。（6）分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；（7）作a－F关系图象，并由图象确定a－F关系。新知讲解思考讨论：怎样平衡小车的摩擦力？在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时以保持匀速运动状态，这样小车所受合力为零，平衡了小车的摩擦力。小车受到的摩擦力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。新知讲解4、进行实验表1：小车质量一定0.100.200.300.400.500.15

0.310.430.590.76拉力F加速度a思考：如何更直观地处理数据？以a为纵坐标、F为横坐标建立直角坐标系。根据各组实验数据在坐标纸上描点，观察图像。新知讲解F/N这些点在一条过原点的直线附近，说明加速度a

与拉力F成正比。a/m·s-2新知讲解表2：小车所受的拉力一定加速度a质量m质量

0.4000.5000.7501.0001.2000.8610.6920.4700.3520.2902.502.001.331.000.83新知讲解a/m·s-2m在相同拉力作用下，质量m越大，加速度a越小。我们很难直观看出图线是否为双曲线，那么，怎样判断a

与m成不成反比呢？如果a-m图像是双曲线，a

与m成反比，也就是a与成正比。新知讲解如图的图线为过原点的直线，所以在相同拉力作用下a与成正比,即：a

与m成反比。注意事项1．实验中应先接通电源后释放小车。2．在平衡摩擦力时不要悬挂任何物体。3．改变钩码的质量过程中，要始终保证钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。新知讲解新知讲解实验设计2：通过位移之比测量加速度之比1、实验器材：两辆相同的小车、一端带滑轮的长木板、细线、小盘、夹子、不同的重物。新知讲解2、实验步骤

（1）将两辆相同的小车放在水平木板上，前端各系一条细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可以放不同的重物。（2）把木板一端垫高，平衡摩擦力。（3）控制小车质量不变，在两个小盘中放不同的重物，两小车后端各系一条细线，用夹子控制小车的动与停。新知讲解控制m不变，探究a与F的关系（4）用刻度尺测出两小车移动的位移x1

、x2

。由于两小车运动时间t相同，从它们的位移之比就可以得出加速度之比。x1x2F1F2

新知讲解（5）在盘中重物相同的情况下，通过增减小车中的重物改变小车的质量。（6）作与关系图象，并由图象确定它们的关系。x2/x1F2/F1新知讲解次数小车1小车2比

值F1/Nx1/cmF2/Nx2/cmF1/F2

x1/x219.0028.8014.0045.000.640.6429.0023.2019.0050.500.470.46314.0029.9024.0052.200.580.57414.0023.4029.0051.200.480.46小车质量一定新知讲解x2/x1F2/F1实验结论：当小车的质量不变时，小车的加速度与拉力的关系是：在误差允许的范围内，小车的加速度与拉力成正比；新知讲解同理通过实验也可得出：在相同拉力作用下a与成正比，即：a与m成反比。新知讲解科学方法控制变量控制变量的方法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化，而其他因素保持不变，以利于寻找事物发展变化的规律的方法。本节在探究加速度与力、质量之间的关系时，就采用了控制变量的方法，它是科学研究中常用的一种方法。课堂练习1、在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,备有下列器材：A.电火花计时器；B.天平；C.停表；D.交流电源；E.电池；F.纸带；G.细绳、砝码、滑块；H.气垫导轨（一端带定滑轮）；I.毫米刻度尺；J.小型气泵。（1）实验中应选用的器材有————————————————————————;实验的研究对象是——————————————————。（2）本实验分两大步骤进行:①————————————————————;②——————————————————————。A、B、D、F、G、H、I、J放在气垫导轨上的滑块研究a与F的关系（m一定）研究a与m的关系（F一定）课堂练习2、某小组利用如图所示的实验装置做“探究加速度与力、物体质量关系”的实验。实验中平衡摩擦力后，他们还调节木板上定滑轮，使牵引小车的细线与木板平行，这样做的目的（

）A．避免小车在运动过程中发生抖动B．使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C．保证小车最终能够做匀速直线运动D．使细线拉力等于小车受到的合力小车打点计时器纸带D课堂练习3、实验探究加速度与力、质量的定量关系，下列认识正确的是（

）A．F、m和a三个物理量都有直接测量的工具；B．实验时为消除摩擦力对小车运动的影响，要将木板无滑轮的一端垫高，直到小车不挂重物时也能自己沿长木板运动起来；C．实验时重物通过细绳拉小车的力要比重物的重力小；D．根据实验数据，得到的F不变时的a-m图象是过原点的倾斜直线。C课堂练习4、在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下，加速度和作用力的关系”；又研究了“在作用力一定的情况下，加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是（

）A．建立理想模型的方法B．控制变量法C．等效替代法D．类比法B拓展提高1、“探究加速度与力、质量的关系”实验装置如图所示，为研究加速度a与力F之间的关系，下列说法正确的是（

）A．需保持盘和砝码质量不变；B．需保持小车质量不变；C．盘和砝码的重力一定与小车受到的拉力大小相等D．处理数据时，作出a−1/F图象能直观判断a与F之间的关系。B拓展提高2、在实验“探究加速度与质量的关系时”，下列说法中正确的是（

）A．应改变拉力的大小；B．每次改变小车质量时，必须重新平衡摩擦力；C．为了直观判断二者之间的关系，应作出a-1/m图象；D．平衡摩擦力时，应将重物用细线通过定滑轮系在小车上。C课堂总结1、实验目的：:定量分析a、F、m的关系。2、实验方法：控制变量法3、实验思路（1）保持物体的质量不变，研究加速度与力的关系。（2）保持物体受力不变，研究加速度与质量的关系。4、作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。板书设计一、实验：探究加速度与力、质量的关系1、实验目的：定量分析a、F、m的关系。2、实验方法：控制变量法3、实验思路（1）保持物体的质量不变，测量不同力下的加速度。（2）保持物体受力不变，测量不同质量下的加速度。板书设计二、实验设计方案1、实验设计1：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系2、实验设计2：通过